多方博弈下的沿海集装箱水运网络优化研究

Short-sea container shipping network optimization is a critical problem to the realization of the regional transport system’s potential and its overall system efficiency. It relies on not only the synchronized optimizations such as fleet planning and shipping line design, but also complex effects such as the competition between land and sea transport modes, and the bargaining between government and the industry. This project aims to tackle this difficult problem and to establish the theory of short-sea container shipping network optimization under multi-agent game, by analyzing shippers’ mode selection, the competition mechanisms in container shipping as well as the characteristics of government behavior, and by using traffic equilibrium theory, multi-objective optimization theory and piecewise linearization method, finally in order to investigate into the formation of short-sea container networks and to ameliorate the efficacy of the regional transport system. Contents include the study of: 1) freight flow equilibrium assignment theory under coupling OD; 2) the explicit model representation of the interrelationships between non-cooperative game in the container shipping industry and network structures; 3) quantitative evaluation techniques of the externalities of government policies; 4) the synchronized design of shipping networks and government policies under multi-agent game. This study will greatly contribute to the research in short-sea shipping network evolution and maritime shipping system planning, and will be valuable to improving the short-sea transport system of our nation and the decision making of shipping companies and ports.

沿海集装箱水运网络优化是当前挖掘区域运输系统潜力、提高系统整体效能的核心问题之一，其不仅涉及船队规划、航线设计等若干子问题的协同优化，还必需考虑海陆运输竞争、水运企业竞争以及政府企业博弈等复杂关系的影响。为解决该难题，本项目以揭示沿海集装箱水运网络形成机理、提高区域运输系统整体效能为目标，融合交通均衡理论、多目标优化理论以及分段线性思想，解析货主运输方式选择规律、水运企业竞争机制以及政府行为特征，进而建立多方博弈下的沿海集装箱水运网络优化与决策方法。主要研究：1）OD间存在强耦合关系的货流均衡分配理论与方法；2）水运企业非合作博弈与水运网络结构关联效应的显性表达；3）政府政策外部效应的定量评测技术；4）多方博弈下的水运网络结构与政府政策协同优化方法。本研究有利于揭示沿海水运网络演变机理，完善水运系统规划理论，对于提升我国沿海区域运输体系整体效能、提高港航企业决策科学性具有理论参考价值。

沿海集装箱水运网络优化是当前挖掘区域运输系统潜力、提高系统整体效能的核心问题之一，其不仅涉及船队规划、航线设计等若干子问题的协同优化，还必需考虑海陆运输竞争、水运企业竞争以及政府企业博弈等复杂关系的影响。本项目计划结合交通运输规划理论、凸优化理论、整数规划理论以及交通流均衡分布理论，研究沿海集装箱运输系统的优化设计问题。经过三年的努力，我们取得了如下主要成果：1）针对货主与承运人互动关系，提出货主选择惯性的概念，分析了其对于沿海集装箱运输系统以及承运人行为的影响，并基于此提出了集装箱水运网络优化模型以及启发式求解算法。2）针对港口与政府口岸政策设定问题，考虑港口具有服务腹地货运需求与促进腹地货运需求双重功效的特点，建立制造业承接地单个港口的投资决策优化模型。3）针对港口选址与水运网络变化关系问题，提出一种半连续型枢纽港选址模型。与传统离散型选址模型不同，新模型放松了对枢纽港备选区域须有限且离散的限制，允许枢纽港选址于目前尚未拥有港口的区域，该模型可用于分析航线网络变化对于港口发展的影响。4）针对集装箱货流分配问题，引入了集装箱货流均衡状态的新定义，并基于此提出了货流均衡分配模型与求解算法。在成果方面，项目成员共发表论文10篇。其中，SCI/SSCI双检论文2篇，SSCI论2篇，管理学部A类期刊2篇，EI检索论文3篇，核心期刊1篇。本研究是交通运输理论、运筹与优化理论以及系统工程思想的交叉与渗透，对于沿海运输系统的设计与管理问题进行了有益的探索，研究成果可以为沿海集装箱水运企业的运营管理，相关部门的政策设定，提供决策支持，对于提升我国沿海集装箱水运系统服务水平和效率具有重要现实意义。